能源革命对外开放百家论坛之一四一 储能技术及储热材料(下)
来源:党委宣传部 发布时间:2019-11-27 10:21:02 阅读量:


主讲嘉宾
  张进,1985年生,山西朔州人,6188彩票化学与环境工程学院副教授,材料学博士。主要从事精细化工产品开发及功能材料制备和理论方向的研究,目前在水性防腐涂料、储热材料、超疏水材料和环氧树脂基复合材料方面开展了大量研究工作。
8 核心提示 气体水合物和定形相变材料
  气体水合物指气体或易挥发的液体在一定温度和压力下与水结合而形成的包络状晶体。外观像雪或松散的冰,遇火燃烧,因此又被成为“可燃冰”。气体水合物主要有制冷剂水合物和天然气水合物两大类。其中,天然气水合物中蕴藏的天然气资源潜力巨大,其热当量相当于全球已知煤、石油、天然气总热当量的2倍。天然气水合物克服了冰(蓄冷效率低)、水(蓄冷密度小)、共晶盐(换热效率低、易老化失效)等蓄冷介质的弱点,其相变温度适合常规空调冷水机组,热传递效率高,在蓄冷方面有重要应用。
  定形相变材料按其定形相变的机理可分成两大类:固-固相变材料和固液相变材料。前者包括一些在晶体转变时伴随着吸热和释热的有机材料(如多元醇)和一些通过化学或紫外光交联的高聚物。文献报道了一种硅交联的定形高聚物,其潜热约300kJ/kg。
  第二类定形相变材料实质上是一类混合相变材料,即将低熔点的相变材料散布在熔点较高的支撑材料之中,只要运行温度不高于支撑材料所能承受的温度,这种材料即可维持在固体状态。将多孔建筑材料浸泡在相变材料溶液中,待其吸饱相变材料后取出,即是这类相变材料的一种。但这类材料中,相变材料所占的比例有限(一般小于30%),因此其贮热能力也很有限。这种相变材料以低温相变材料,如石蜡作为基材,利用高熔点的材料作为支撑材料,在这种复合材料中相变材料所含比例较高。
9 核心提示 储热(冷)相变材料的选择原则
  首先要确定应用的环境,选择适合的温度材料和换热器类型。要根据热物性,选择高储热、高导热系数、结晶或熔化迅速、低蒸汽压、密度高、体积变化小的材料。同时,还要考虑材料的经济和安全性,特别是相变材料的稳定性和毒性。毒性测试试验一般分为四个阶段:急性毒性试验;致突变试验、亚急性毒性试验;亚慢性毒性试验、致畸试验、生殖毒性试验和迟发性神经毒性试验;慢性毒性试验、致癌试验、代谢试验和接触人群的观察。最后,还要确保材料来源广泛,价格便宜。
  主要助剂有增稠剂和成核剂。使用增稠剂能阻止固液两相的分离。增稠剂能阻止成核剂沉淀,也降低了贮热系统的熔点和贮热能力。而对于一些相变材料,在相变材料处于不稳定的液态时,一些微粒(晶粒)的存在会导致大晶粒的形成和生长,从而使液体凝固,这些微粒就叫核。这些微粒可以是灰尘、玻璃或其它一些固体颗粒,也可以是未熔化的相变材料。对一些存在过冷现象的盐类相变材料,找成核剂是非常重要的环节。
10 核心提示 新型储热材料及技术
  近年来,伴随着大量可再生能源,尤其是可再生电力的应用以及日益严峻的环境问题,高品位储能技术以及余热的高效回收利用越来越被大家所重视。这也为储热技术的进一步发展提供了机遇。然而,这些高品位储能技术的实际应用还要受到诸多方面的限制。
  光敏分子开关和有机相变储热材料的结合。《自然通讯》杂志报道了这项新发现,其特点是在光学触发点被触发之前,热量能能够以化学形式储存很长一段时间。
  化学反应储热。目前还处于实验室阶段,具有储热密度高,热能储存稳定、无损伤,冷热复合存储,可控热释放等特点。缺点是反应物隔离、腐蚀、有毒、循环可逆性、经济性、设备复杂。
  金属氧化物分解/合成的化学储热体系。利用金属氧化物直接分解进行热储存,由于其温度太高而不便于实际应用。在900~1000℃的温度范围内,仅有极少数金属氧化物可采用聚光集热器实现太阳能的高温利用。

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